排气和热固性复合材料：极端环境的关键挑战

排气和热固性复合材料：极端环境的关键挑战

排气是材料科学领域的一个重要现象，尤其是用于航空航天和空间技术等极端环境的热固性复合材料。简而言之，排气是指在特定条件下材料释放气体。当热固性复合材料（通常因其强度和耐用性而使用）遇到减压或高温时，它们会释放出滞留的气体。下面将简要介绍排气是什么、排气为何重要以及排气如何影响具有挑战性的应用中的热固性复合材料。

关键要点

• 热固性复合材料中的排气会影响结构稳定性和性能，尤其是在太空和航空航天应用等极端环境中。
• 造成排气的主要因素包括材料的成分、制造工艺以及环境条件，例如高温或减压。
• 测试和标准有助于确定材料的释气量是否在可接受的范围内，从而保护敏感设备免受污染或干扰。
• 缓解策略，例如材料选择和优化制造，可以降低排气风险并确保热固性复合材料在苛刻的条件下保持其完整性。

什么是排气？

排气是指气体从固体或液体中逸出，通常是由于暴露在低压或高温下。对于热固性复合材料，这种情况可能以多种方式发生：

• 表面汽化：复合材料的顶层释放气体。
• 解吸：先前吸附在表面的气体被释放。
• 扩散：气体从材料内部移动到其表面。
• 渗透：气体穿过材料本身。

为什么会发生排气？

热固性复合材料中的排气可能受多种因素影响：

• 制造过程：生产过程中可能会产生少量水蒸气或其他气体。
• 环境条件：在太空或高温环境中，压力和热量条件会引发排气。
• 材料成分：不同类型的长丝和树脂具有不同的排气特性，影响材料随时间释放的气体量。

如何测量排气量？

工程师通过 ASTM E595 等标准化测试来测量排气量，该测试用于评估太空环境中使用的材料。这些测试侧重于三个主要指标：

• 总质量损失 (TML)：由于放气而损失的材料质量百分比。
• 收集的挥发性可凝性物质 (CVCM)：在较冷的表面上凝结的排气物质部分，通常是敏感设备的关键因素。
• 水蒸气回升量 (WVR)：测试后重新吸收的水分量。

对于航空航天应用，如果材料的 CVCM ≤ 0.10% 且 TML ≤ 1.00%，则通常认为适用。

为什么排气很重要？

排气会对热固性复合材料及其依赖的系统产生几个重要影响：

• 尺寸不稳定性：当气体逸出时，会导致材料结构的细微变化，这对于卫星光学系统等精密部件至关重要。
• 性能下降：排气材料会沉积在敏感表面上，可能会干扰附近组件或仪器的性能。
• 材料特性改变：挥发性元素的释放会改变复合材料的热特性或机械特性，影响其耐用性和可靠性。

减少排气：工程师可以做什么

为了最大限度地减少排气，工程师采用了各种策略：

• 材料选择：选择专门设计具有低排气特性的材料。
• 制造优化：调整生产流程以减少气体滞留的可能性。
• 后固化或预处理：在使用材料之前进行去除滞留气体的处理。
• 设计考虑：考虑设计阶段可能出现的尺寸变化。

最大限度减少排气威胁

排气是一种自然现象，在高风险应用中需要特别注意。通过了解其原因、影响和缓解策略，工程师可以确保热固性复合材料即使在最极端的环境下也能发挥预期性能。对于航空航天和空间技术等行业，这些知识有助于保持关键任务部件的可靠性和功能性，保护设备和性能。